JP4089733B2

JP4089733B2 - プラズマディスプレイパネル

Info

Publication number: JP4089733B2
Application number: JP2006036347A
Authority: JP
Inventors: 覚河瀬; 一裕森岡; 達雄三舩
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-02-14
Filing date: 2006-02-14
Publication date: 2008-05-28
Anticipated expiration: 2026-02-14
Also published as: US8072142B2; EP1887601A4; EP1887601A1; JP2007220330A; WO2007094239A1; CN101326611B; CN101326611A; KR20080011441A; KR100948713B1; US20100219743A1

Description

本発明は、表示デバイスなどに用いるプラズマディスプレイパネルに関する。

プラズマディスプレイパネル（以下、ＰＤＰと呼ぶ）は、高精細化、大画面化の実現が可能であることから、６５インチクラスのテレビなどが製品化されている。近年、ＰＤＰは従来のＮＴＳＣ方式に比べて走査線数が２倍以上のフルスペックのハイビジョンへの適用が進んでいるとともに、環境問題に配慮して鉛成分を含まないＰＤＰが要求されている。

ＰＤＰは、基本的には、前面板と背面板とで構成されている。前面板は、フロート法による硼硅酸ナトリウム系ガラスのガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状の透明電極と金属バス電極とで構成される表示電極と、この表示電極を覆ってコンデンサとしての働きをする誘電体層と、この誘電体層上に形成された酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層とで構成されている。一方、背面板は、ガラス基板と、その一方の主面上に形成されたストライプ状のアドレス電極と、アドレス電極を覆う下地誘電体層と、下地誘電体層上に形成された隔壁と、各隔壁間に形成された赤色、緑色および青色それぞれに発光する蛍光体層とで構成されている。

前面板と背面板とは、その電極形成面側を対向させて気密封着され、隔壁によって仕切られた放電空間にＮｅ−Ｘｅの放電ガスが、４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。ＰＤＰは、表示電極に映像信号電圧を選択的に印加することによって放電させ、その放電によって発生した紫外線が各色蛍光体層を励起して赤色、緑色、青色の発光をさせてカラー画像表示を実現している。

表示電極の金属バス電極には、導電性を確保するための銀電極が用いられ、誘電体層としては酸化鉛を主成分とする低融点ガラス材料が用いられているが、近年の環境問題への配慮から誘電体層として鉛成分を含まない例が開示されている（例えば、特許文献１、２、３、４参照）。
特開２００３−１２８４３０号公報特開２００２−０５３３４２号公報特開２００１−０４５８７７号公報特開平９−０５０７６９号公報

近年、ＰＤＰは従来のＮＴＳＣ方式に比べて走査線数が２倍以上のフルスペックのハイビジョンへの適用が進んでいる。このようなハイビジョン化によって、走査線数が増加して表示電極の数が増加し、さらに表示電極間隔が小さくなる。

そのため、表示電極を構成する銀電極から誘電体層への銀イオンの拡散が多くなる。銀イオンが誘電体層に拡散すると、誘電体層中のアルカリ金属イオンによって還元作用を受け、コロイド状の酸化銀を形成する。そして、この酸化銀が誘電体層を、黄色や褐色に強く着色させるとともに、一部の酸化銀が、還元作用を受けて酸素の気泡を発生し、その気泡が絶縁不良を引き起こす。

そこで、誘電体層に鉛成分を含まず、銀電極との反応を抑制する酸化ビスマス等の低融点ガラス材料を用いることが提案されているが、誘電体層に酸化ビスマス等の低融点ガラス材料を多く用いると、誘電体層の可視光透過率の低下も著しかった。誘電体層の可視光透過率の低下を抑制しようとして、酸化ビスマス等の低融点ガラス材料を少なくすると、銀電極との反応の抑制が十分でなくなり、着色と絶縁不良を引き起こすことになる。

このように、環境問題への配慮から提案された、鉛成分を含まない従来の誘電体層では、誘電体層の着色および絶縁不良の防止と、可視光透過率の低下の抑制とを両立させることが難しいという課題を有していた。

本発明は、このような上記の課題を解決して、鉛成分を含まない誘電体層で、高精細表示であっても、誘電体層の着色および絶縁不良を防止し、可視光透過率の低下を抑制したＰＤＰを実現することを目的としている。

上記の課題を解決するために、本発明のＰＤＰは、ガラス基板上に表示電極と誘電体層と保護層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成したＰＤＰであって、表示電極が少なくとも銀を含有し、誘電体層が実質的に鉛成分を含有しておらず、さらに誘電体層が表示電極を覆う酸化ビスマスを含有する第１誘電体層と、第１誘電体層を覆う酸化ビスマスを含有する第２誘電体層とにより構成され、第２誘電体層の酸化ビスマスの重量の含有率が前記第１誘電体層の酸化ビスマスの重量の含有率よりも小さく、第２誘電体層の第１誘電体層に対する厚みの比を１．３以上、７．２以下にした構成である。

銀との反応を抑制するために酸化ビスマスの含有量を多くした第１誘電体層と、可視光透過率を低下させないために酸化ビスマスの含有量を少なくした第２誘電体層とを、このような厚みの比の誘電体層とすると、第１誘電体層が銀との反応を抑制するとともに、第２誘電体層が可視光透過率を低下させることなく必要な絶縁耐圧を確保する。その結果、高精細表示でも、誘電体層の着色および絶縁不良を防止し、可視光透過率の低下を抑制したＰＤＰを実現することができる。

さらに、第１誘電体層が、酸化モリブデン、酸化タングステンのうちの少なくとも一つを０．１重量％以上、７重量％以下含むことが望ましく、酸化モリブデン、酸化タングステンと銀のイオンとが反応して銀コロイドの生成および気泡の発生を抑制することができる。

さらに、第２誘電体層が、酸化ビスマスを１１重量％以上、２０重量％以下含むことが望ましく、可視光透過率を高めることができる。

さらに、第１誘電体層および第２誘電体層が酸化亜鉛、酸化硼素、酸化硅素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウムのうちの少なくとも一つを含むことが望ましく、誘電体層として、絶縁耐圧性能の劣化がなく、可視光透過率が高くて環境に優しい表示品質に優れたＰＤＰを実現することができる。

以上のように、本発明によれば、鉛成分を含まない誘電体層で、高精細表示においても、誘電体層の着色および絶縁不良を防止し、可視光透過率の低下を抑制したＰＤＰを実現することができる。

以下、本発明の実施の形態によるＰＤＰについて図面を用いて説明する。

（実施の形態）
図１は本発明の実施の形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図である。ＰＤＰの基本構造は、一般的な交流面放電型ＰＤＰと同様である。図１に示すように、ＰＤＰ１は前面ガラス基板３などよりなる前面板２と、背面ガラス基板１１などよりなる背面板１０とが対向して配置され、その外周部をガラスフリットなどからなる封着材によって気密封着されている。封着されたＰＤＰ１内部の放電空間１６には、ネオン（Ｎｅ）およびキセノン（Ｘｅ）などの放電ガスが４００Ｔｏｒｒ〜６００Ｔｏｒｒの圧力で封入されている。

前面板２の前面ガラス基板３上には、走査電極４および維持電極５よりなる一対の帯状の表示電極６とブラックストライプ（遮光層）７が互いに平行にそれぞれ複数列配置されている。前面ガラス基板３上には表示電極６と遮光層７とを覆うようにコンデンサとしての働きをする誘電体層８が形成され、さらにその表面に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）などからなる保護層９が形成されている。

また、背面板１０の背面ガラス基板１１上には、前面板２の走査電極４および維持電極５と直交する方向に、複数の帯状のアドレス電極１２が互いに平行に配置され、これを下地誘電体層１３が被覆している。さらに、アドレス電極１２間の下地誘電体層１３上には放電空間１６を区切る所定の高さの隔壁１４が形成されている。隔壁１４間の溝にアドレス電極１２毎に、紫外線によって赤色、青色および緑色にそれぞれ発光する蛍光体層１５が順次塗布して形成されている。走査電極４および維持電極５とアドレス電極１２とが交差する位置に放電セルが形成され、表示電極６方向に並んだ赤色、青色、緑色の蛍光体層１５を有する放電セルがカラー表示のための画素になる。

図２は、本発明の実施の形態におけるＰＤＰの誘電体層８の構成を示す前面板２の断面図である。図２は図１と上下反転させて示している。図２に示すように、フロート法などにより製造された前面ガラス基板３に、走査電極４と維持電極５よりなる表示電極６とブラックストライプ７がパターン形成されている。走査電極４と維持電極５はそれぞれインジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）や酸化スズ（ＳｎＯ_２）などからなる透明電極４ａ、５ａと、透明電極４ａ、５ａ上に形成された金属バス電極４ｂ、５ｂとにより構成されている。金属バス電極４ｂ、５ｂは透明電極４ａ、５ａの長手方向に導電性を付与する目的として用いられ、銀材料を主成分とする導電性材料によって形成されている。

誘電体層８は、前面ガラス基板３上に形成されたこれらの透明電極４ａ、５ａと金属バス電極４ｂ、５ｂとブラックストライプ７を覆って設けた第１誘電体層８１と、第１誘電体層８１上に形成された第２誘電体層８２の少なくとも２層構成とし、さらに第２誘電体層８２上に保護層９を形成している。

次に、ＰＤＰの製造方法について説明する。まず、前面ガラス基板３上に、走査電極４および維持電極５と遮光層７とを形成する。これらの透明電極４ａ、５ａと金属バス電極４ｂ、５ｂは、フォトリソグラフィ法などを用いてパターニングして形成される。透明電極４ａ、５ａは薄膜プロセスなどを用いて形成され、金属バス電極４ｂ、５ｂは銀材料を含むペーストを所望の温度で焼成して固化している。また、遮光層７も同様に、黒色顔料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や黒色顔料をガラス基板の全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングし、焼成することにより形成される。

次に、走査電極４、維持電極５および遮光層７を覆うように前面ガラス基板３上に誘電体ペーストをダイコート法などにより塗布して誘電体ペースト層（誘電体材料層）を形成する。誘電体ペーストを塗布した後、所定の時間放置することによって塗布された誘電体ペースト表面がレベリングされて平坦な表面になる。その後、誘電体ペースト層を焼成固化することにより、走査電極４、維持電極５および遮光層７を覆う誘電体層８が形成される。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料、バインダおよび溶剤を含む塗料である。次に、誘電体層８上に酸化マグネシウム（ＭｇＯ）からなる保護層９を真空蒸着法により形成する。以上の工程により前面ガラス基板３上に所定の構成物（走査電極４、維持電極５、遮光層７、誘電体層８、保護層９）が形成され、前面板２が完成する。

一方、背面板１０は次のようにして形成される。まず、背面ガラス基板１１上に、銀材料を含むペーストをスクリーン印刷する方法や、金属膜を全面に形成した後、フォトリソグラフィ法を用いてパターニングする方法などによりアドレス電極１２用の構成物となる材料層を形成し、それを所望の温度で焼成することによりアドレス電極１２を形成する。

次に、アドレス電極１２が形成された背面ガラス基板１１上にダイコート法などによりアドレス電極１２を覆うように誘電体ペーストを塗布して誘電体ペースト層を形成する。その後、誘電体ペースト層を焼成することにより下地誘電体層１３を形成する。なお、誘電体ペーストはガラス粉末などの誘電体材料とバインダおよび溶剤を含んだ塗料である。

次に、下地誘電体層１３上に隔壁材料を含む隔壁形成用ペーストを塗布して所定の形状にパターニングすることにより、隔壁材料層を形成した後、焼成することにより隔壁１４を形成する。ここで、下地誘電体層１３上に塗布した隔壁用ペーストをパターニングする方法としては、フォトリソグラフィ法やサンドブラスト法を用いることができる。

次に、隣接する隔壁１４間の下地誘電体層１３上、および隔壁１４の側面に蛍光体材料を含む蛍光体ペーストを塗布し、焼成することにより蛍光体層１５が形成される。以上の工程により、背面ガラス基板１１上に所定の構成部材を有する背面板１０が完成する。

このようにして所定の構成部材を備えた前面板２と、背面板１０とを、走査電極４とアドレス電極１２とが直交するように対向配置して、その周囲をガラスフリットで封着し、放電空間１６にネオン、キセノンなどを含む放電ガスを封入することによりＰＤＰ１が完成する。

前面板２の誘電体層８を構成する第１誘電体層８１と、第２誘電体層８２とについて詳細に説明する。第１誘電体層８１の誘電体材料は、次の材料組成より構成されている。すなわち、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を２５重量％〜４０重量％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２７．５重量％〜３４重量％、酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３）を１７重量％〜３６重量％、酸化硅素（ＳｉＯ_２）を１．４重量％〜４．２重量％、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を０．５重量％〜４．４重量％含んでいる。さらに、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）から選ばれる少なくとも１種を５重量％〜１３重量％含み、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）から選ばれる少なくとも１種を０．１重量％〜７重量％含んでいる。

なお、酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）に代えて、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）、酸化銅（ＣｕＯ）、二酸化マンガン（ＭｎＯ_２）、酸化クロム（Ｃｒ_２Ｏ_３）、酸化コバルト（Ｃｏ_２Ｏ_３）、酸化バナジウム（Ｖ_２Ｏ_７）、酸化アンチモン（Ｓｂ_２Ｏ_３）から選ばれる少なくとも１種を０．１重量％〜７重量％含ませてもよい。

これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作成する。次に、この誘電体材料粉末５５重量％〜７０重量％と、バインダ成分３０重量％〜４５重量％とを三本ロールでよく混練して、ダイコート用あるいは印刷用の第１誘電体層用ペーストを作成する。バインダ成分はエチルセルロース、あるいはアクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオール、あるいはブチルカルビトールアセテートである。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチ、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社製品名）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して、印刷性を向上させても良い。

次に、この第１誘電体層用ペーストを用い、表示電極６を覆うように前面ガラス基板３にダイコート法、あるいはスクリーン印刷法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の５７５℃〜５９０℃で焼成する。

次に、第２誘電体層８２について説明する。第２誘電体層８２の誘電体材料は、次の材料組成より構成されている。すなわち、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を１１重量％〜２０重量％、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を２６．１重量％〜３９．３重量％、酸化硼素（Ｂ_２Ｏ_３）を２３重量％〜３２．２重量％、酸化硅素（ＳｉＯ_２）を１．０重量％〜３．８重量％、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を０．１重量％〜１０．２重量％含んでいる。さらに、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化バリウム（ＢａＯ）から選ばれる少なくとも１種を９．７重量％〜２９．４重量％含み、酸化セリウム（ＣｅＯ_２）を０．１重量％〜５重量％含んでいる。

これらの組成成分からなる誘電体材料を、湿式ジェットミルやボールミルで平均粒径が０．５μｍ〜２．５μｍとなるように粉砕して誘電体材料粉末を作成する。次に、この誘電体材料粉末５５重量％〜７０重量％と、バインダ成分３０重量％〜４５重量％とを三本ロールでよく混練してダイコート用、あるいは印刷用の第２誘電体層用ペーストを作成する。バインダ成分はエチルセルロース、あるいはアクリル樹脂１重量％〜２０重量％を含むターピネオール、あるいはブチルカルビトールアセテートである。また、ペースト中には、必要に応じて可塑剤としてフタル酸ジオクチル、フタル酸ジブチル、リン酸トリフェニル、リン酸トリブチルを添加し、分散剤としてグリセロールモノオレート、ソルビタンセスキオレヘート、ホモゲノール（Ｋａｏコーポレーション社製品名）、アルキルアリル基のリン酸エステルなどを添加して、印刷性を向上させても良い。

次に、この第２誘電体層用ペーストを用いて、第１誘電体層８１上にスクリーン印刷法で、あるいはダイコート法で印刷して乾燥させ、その後、誘電体材料の軟化点より少し高い温度の５５０℃〜５９０℃で焼成する。

ここで、誘電体層８の膜厚については、第１誘電体層８１と第２誘電体層８２とを合わせ、可視光透過率を確保するためには４１μｍ以下が好ましい。第１誘電体層８１は、金属バス電極４ｂ、５ｂの銀（Ａｇ）との反応を抑制するために、酸化ビスマスの含有量を第２誘電体層８２の酸化ビスマス含有量よりも多くし、２５重量％〜４０重量％としている。そのため、第１誘電体層８１の可視光透過率が、第２誘電体層８２の可視光透過率よりも低くなるので、第１誘電体層８１の膜厚を、第２誘電体層８２の膜厚よりも薄くしている。

なお、第２誘電体層８２において酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）が１１重量％以下であると、可視光透過率は低下しにくくなるが、第２誘電体層８２中に気泡が発生しやすく好ましくない。また、２０重量％を超えると可視光透過率を上げる目的には好ましくない。

また、誘電体層８の膜厚が小さいほど、パネル輝度の向上と放電電圧を低減するという効果は顕著になる。しかし誘電体層８の膜厚を小さくしすぎると、必要な絶縁耐圧を得られなくなる。

このように、金属バス電極４ｂ、５ｂの銀との反応を抑制するために、金属バス電極４ｂ、５ｂを覆う第１誘電体層８１は酸化ビスマス含有量を多くする必要がある。また、絶縁耐圧を得るためには、所定の誘電体層８の膜厚が必要となるので、可視光透過率を極端に低下させない、酸化ビスマス含有量の少ない所定厚みの第２誘電体層８２が必要となる。

そこで上述の条件を満足させる第１誘電体層８１と、第２誘電体層８２との厚みを調べた結果、第２誘電体層８２の第１誘電体層８１に対する厚みの比は、１．３以上、７．２以下にするのが良いことがわかった。すなわち、この厚みの比が１．３未満であると、必要な絶縁耐圧を得られず、７．２を越えると可視光透過率の低下が著しくなるためである。

次に、本発明の実施の形態におけるＰＤＰにおいて、これらの誘電体材料によって第１誘電体層８１での着色および気泡の発生が抑制される理由について考察する。すなわち、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を含む誘電体ガラス材料に酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、あるいは酸化タングステン（ＷＯ_３）を添加することによって、Ａｇ_２ＭｏＯ_４、Ａｇ_２Ｍｏ_２Ｏ_７、Ａｇ_２Ｍｏ_４Ｏ_１３、Ａｇ_２ＷＯ_４、Ａｇ_２Ｗ_２Ｏ_７、Ａｇ_２Ｗ_４Ｏ_１３といった化合物が５８０℃以下の低温で生成しやすいことが知られている。本発明の実施の形態では、誘電体層８の焼成温度が５５０℃〜５９０℃であることから、焼成中に誘電体層８中に拡散したＡｇイオン（Ａｇ^＋）は誘電体層８中の酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、酸化タングステン（ＷＯ_３）と反応し、安定な化合物を生成して安定化する。すなわち、Ａｇイオン（Ａｇ^＋）が還元されることなく安定化されるために、凝集してコロイドを生成することがない。したがって、Ａｇイオン（Ａｇ^＋）が安定化することによって、銀（Ａｇ）のコロイド化に伴う酸素の発生も少なくなるため、誘電体層８中への気泡の発生も少なくなる。

一方、これらの効果を有効にするためには、酸化ビスマス（Ｂｉ_２Ｏ_３）を含む誘電体ガラス材料中に酸化モリブデン（ＭｏＯ_３）、あるいは酸化タングステン（ＷＯ_３）の含有量を０．１重量％以上にすることが好ましいが、０．１重量％以上、７重量％以下がさらに好ましい。特に、０．１重量％以下では着色を抑制する効果が少なく、７重量％以上になると誘電体ガラス材料に着色が起こり好ましくない。

すなわち、本発明の実施の形態におけるＰＤＰの誘電体層８は、銀材料よりなる金属バス電極４ｂ、５ｂと接する第１誘電体層８１では着色現象と、気泡発生とを抑制し、第１誘電体層８１上に設けた第２誘電体層８２によって、絶縁耐圧を確保しながら高い可視光透過率を実現している。その結果、誘電体層８全体として、気泡や着色の発生が極めて少なく、可視光透過率の高いＰＤＰを実現することが可能となる。

以上述べてきたように本発明のＰＤＰは、誘電体層の着色や絶縁耐圧性能の劣化がなく、さらに、環境に優しく表示品質に優れたＰＤＰを実現して大画面の表示デバイスなどに有用である。

本発明の実施の形態におけるＰＤＰの構造を示す斜視図同ＰＤＰの誘電体層の構成を示す前面板の断面図

符号の説明

１ＰＤＰ
２前面板
３前面ガラス基板
４走査電極
４ａ，５ａ透明電極
４ｂ，５ｂ金属バス電極
５維持電極
６表示電極
７ブラックストライプ（遮光層）
８誘電体層
９保護層
１０背面板
１１背面ガラス基板
１２アドレス電極
１３下地誘電体層
１４隔壁
１５蛍光体層
１６放電空間
８１第１誘電体層
８２第２誘電体層

Claims

ガラス基板上に表示電極と誘電体層と保護層とが形成された前面板と、基板上に電極と隔壁と蛍光体層とが形成された背面板とを対向配置するとともに周囲を封着して放電空間を形成したプラズマディスプレイパネルであって、前記表示電極が少なくとも銀を含有し、前記誘電体層が実質的に鉛成分を含有しておらず、前記誘電体層が、前記表示電極を覆う酸化ビスマスを含有する第１誘電体層と、前記第１誘電体層を覆う酸化ビスマスを含有する第２誘電体層とにより構成され、前記第２誘電体層の酸化ビスマスの重量の含有率が前記第１誘電体層の酸化ビスマスの重量の含有率よりも小さく、前記第２誘電体層の前記第１誘電体層に対する厚みの比を１．３以上、７．２以下にしたことを特徴とするプラズマディスプレイパネル。
前記第１誘電体層が、酸化モリブデン、酸化タングステンのうちの少なくとも一つを０．１重量％以上、７重量％以下含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル。
前記第２誘電体層が、酸化ビスマスを１１重量％以上、２０重量％以下含むことを特徴とする請求項１に記載のプラズマディスプレイパネル。
前記第１誘電体層および前記第２誘電体層が、酸化亜鉛、酸化硼素、酸化硅素、酸化アルミニウム、酸化カルシウム、酸化ストロンチウム、酸化バリウムのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のプラズマディスプレイパネル。